Журнал «ИСУП» (Информатизация и системы управления в промышленности)
КИПиА, метрология, АСУ ТП, энергетика, АСКУЭ, промышленный интернет, контроллеры, экология, электротехника, автоматизации в промышленности, испытательные системы, промышленная безопасность

Измерение и передача сигналов температурных датчиков и потенциометров по токовой петле (4…20) мА и по сети RS‑485

Представлены новые приборы компании «КонтрАвт» для преобразования сигналов термопар, термометров сопротивления и потенциометров в унифицированный токовый сигнал (4...20) мА: нормирующие преобразователи НПСИ-250-УВ1, НПСИ-500-УВ1 и барьеры искробезопасности KA5004Ex. Перечислены их функциональные возможности и преимущества.

НПФ «КонтрАвт», г. Нижний Новгород

KontrAvt_site.gif

скачать pdf >>

Научно-производственная фирма «КонтрАвт» известна на российском рынке средств автоматизации как производитель широкого спектра нормирующих измерительных преобразователей (рис. 1) для работы с разными типами входных сигналов. Особую и многочисленную группу составляют преобразователи, предназначенные для работы с сигналами термопар, термометров сопротивления и потенциометров. Преобразователи, входящие в эту группу, различаются функциональными возможностями, конструктивным исполнением, наличием или отсутствием гальванической изоляции, способами конфигурирования (настройки) ти­па и диапазона преобразования и т. д.

Ris_1.jpg

Рис. 1. Внешний вид нормирующих измерительных преобразователей НПФ «КонтрАвт»

При этом НПФ «КонтрАвт» постоянно работает над расширением этой группы преобразователей. В настоящий момент компания готовит к выпуску нормирующие преобразователи НПСИ-250-УВ1, НПСИ-500-УВ1 (рис. 2), которые отличаются следующими особенностями:
- имеют универсальный вход для работы с сигналами термопар, термометров сопротивления и потенциометрами;
- конфигурирование (настройка) ти­па и диапазона преобразования входных сигналов, а также многих других функций и параметров выполняется по интерфейсу USB с помощью программного обеспечения SetMaker;
- могут иметь интерфейс RS‑485 с протоколом ModBus RTU для организации обмена данными по се­ти, дистанционного управления выходами преобразователей, а также для конфигурирования параметров;
- могут иметь сигнализацию по уровню измеренного сигнала с выходами на электромагнитных или твердотельных реле;
- реализована гальваническая изоляция по всем сечениям;
- имеют компактный корпус (ширина 12,5 мм) и, благодаря функции оптимизации тепловыделения, допускают плотный монтаж в полном диапазоне температур эксплуатации.

Ris_2.jpg

Рис. 2. Новые приборы «КонтрАвт»: а, б – нормирующие измерительные преобразователи НПСИ-250-УВ1, НПСИ-500-УВ1; в – барьер искробезопасности (искрозащиты) KA5004Ex

Помимо указанных нормирующих преобразователей в номенклатуре НПФ «КонтрАвт» скоро появятся барьеры искробезопасности KA5004Ex с аналогичными функциональными возможностями.

Преобразователи НПСИ-250-УВ1 и НПСИ-500-УВ1 предназначены для преобразования сигналов напряжения и термо-ЭДС термоэлектрических преобразователей, сигналов резистивных датчиков и термопреобразователей сопротивления, а также потенциометрических датчиков в унифицированный токовый сигнал (4...20) мА. Отличие между двумя моделями в том, что НПСИ‑250‑УВ1 имеет только USB-интерфейс, а некоторые модификации преобразователя НПСИ‑500‑УВ1 в дополнение к USB оснащены интерфейсом RS‑485.

Барьеры искрозащиты KA5004Ex работают с те­ми же типами сигналов, но источники этих сигналов могут располагаться во взрывоопасных зонах 0, 1 и 2. Барьеры искрозащиты реализуют вид взрывозащиты «искробезопасная цепь» и имеют два ви­да маркировки: [Ex ia Ga] IIC и 2Ex nA [ia Ga] IIC Т4 Gc X. Вторая маркировка означает, что барьеры искрозащиты KA5004Ex относятся к классу неискрящего оборудования и могут располагаться в зо­не 0.

Поясним подробней основные технические возможности данных приборов.


Универсальный вход

Как уже было сказано, нормирующие преобразователи НПСИ-250-УВ1, НПСИ-500-УВ1 и барьеры искрозащиты KA5004Ex имеют универсальный вход и могут работать с любым из трех типов входных сигналов: сигналами термопар, термосопротивлений, сигналами (положением) потенциометров и потенциометрических датчиков.


Конфигурирование различными способами

Во всех модификациях данных приборов реализована возможность конфигурирования (настройки) c помощью компьютера по USB-интерфейсу. Аналогичные возможности настройки предоставлены в тех модификациях преобразователей ­НПСИ-500-УВ1 и барьеров искрозащиты KA5004Ex, которые наряду с USB-интерфейсом имеют альтернативный интерфейс RS‑485.

Для конфигурирования используется сервисное программное обеспечение SetMaker (рис. 3). С его помощью можно не только настроить прибор (выбрать тип и границы диапазона преобразования, функции сигнализации, задать пороги ее срабатывания, сформировать аварийные уровни выходного токового сигнала), но и быстро скопировать сохраненную конфигурацию в другие приборы, тем самым ускорив их настройку.

Ris_3.png

Рис. 3. Окно конфигуратора SetMaker: вкладка «Параметры входа»


Обмен данными по сети

Используя интерфейс RS‑485 с протоколом Modbus RTU, можно организовать обмен данными между прибором и контроллерами по се­ти, а также осуществлять дистанционное управление выходами прибора. Эта возможность позволяет использовать новые нормирующие преобразователи и барьеры искрозащиты в качестве модулей ввода/вывода.


Параметрическая сигнализация

В качестве опции в некоторых модификациях приборов реализована параметрическая сигнализация (сигнал подается при достижении выбранным измеряемым параметром заданного порога) с помощью внутреннего компаратора. Возможные функции компаратора: «Больше», «Меньше», «В интервале», «Вне интервала» (табл. 1).

Таблица 1. Функции компараторов для параметрической сигнализации

Tab_1.png

Дополнительно для функций параметрической сигнализации могут быть заданы: задержка времени срабатывания (то есть времени, в течение которого должно сохраняться условие срабатывания сигнализации, чтобы она сработала) и режим отложенной сигнализации при включении. В режиме отложенной сигнализации игнорируется первое условие срабатывания сигнализации после включения питания. Это позволяет исключить ненужное срабатывание в процессе установления режимов работы оборудования после включения питания.


Обнаружение аварийных состояний

Светодиодный индикатор на передней панели прибора позволяет визуально обнаружить различные аварийные ситуации, например выход измеренного сигнала за допустимый диапазон, целостность параметров в энергонезависимой памяти и др. При наступлении то­го или иного аварийного события формируется аварийный уровень выходного дискретного сигнала «Авария» на оптотранзисторе, который выводится на шинный соединитель. Сигнал «Авария» может быть зафиксирован измерительной системой потребителя сигнала. Параметры аварийной сигнализации конфигурируются пользователем при настройке прибора.


Канальность и схемы подключения

Новые модели приборов являются одноканальными по входу, при этом у барьеров KA5004Ex на выходе всегда активный токовый сигнал (4…20) мА, а у НПСИ-250-УВ1 и НПСИ-500-УВ1 токовый выход может быть активным или пассивным в зависимости от схемы подключения. У некоторых модификаций данных моделей присутствует дискретный выход «Сигнализация» на электромеханическом или твердотельном ре­ле и дискретный выход «Авария» на оптотранзисторе по шине.

Преобразователи НПСИ-250-УВ1 и НПСИ-500-УВ1, а также барьеры KA5004Ex подключаются по входу по четырехпроводной или трехпроводной схемам подключения (рис. 4).

Ris_4.png

Рис. 4. Пример схемы подключения преобразователя НПСИ‑500‑УВ1


Гальваническая изоляция вход/выходы/питание/интерфейсы

В НПСИ-250-УВ1, НПСИ-500-УВ1 и KA5004Ex реализована гальваническая изоляция входных и выходных сигнальных цепей, гальваническая изоляция выходных цепей между собой, а также гальваническая изоляция входных и выходных сигнальных цепей от источника питания. Электрическая прочность изоляции: ~1500 В, 50 Гц.


Шинный соединитель

В некоторых модификациях данных приборов присутствует шинный соединитель с возможностью подключения по ши­не питания 24 B, интерфейса RS‑485 и выхода «Авария» на оптотранзисторе. Отметим, что в модификациях нормирующих преобразователей НПСИ-500-УВ1 без шинного соединителя интерфейс RS‑485 все равно может быть подключен с помощью разъемных винтовых клемм, у барьеров искрозащиы KA5004Ex интерфейс RS‑485 подключается исключительно по шине.

Необходимо добавить, что если на одной DIN-рейке рядом располагается много приборов, то из соображений удобства их питание рекомендуется организовать именно по шине.


Узкий корпус

Как и многие нормирующие измерительные преобразователи и барьеры искрозащиты НПФ «КонтрАвт», новые приборы НПСИ-250-УВ1, ­НПСИ-500-УВ1 и KA5004Ex имеют малые габариты, прежде всего малую ширину. Концентрация сигналов в шкафах автоматики велика, поэтому сокращение размеров приборов является для НПФ «КонтрАвт» приоритетной задачей. Нормирующие преобразователи НПСИ‑250‑УВ1 и ­НПСИ‑500‑УВ1 имеют ширину корпуса 12,5, 17,5 или 22,5 мм, барьеры искрозащиты KA5004Ex – 12,5 или 17,5 мм.


Оптимизация тепловыделения и борьба с перегревом

Как известно, плотному монтажу приборов в узком корпусе 12,5 мм препятствует весьма существенное тепловыделение, которое происходит при формировании сигналов (4...20) мА, особенно при малых нагрузках. Для борьбы с этим явлением во всех модификациях барьеров KA5004Ex, а также в модификациях нормирующих преобразователей НПСИ-250-УВ1 и ­НПСИ-500-УВ1 с корпусом 12,5 мм реализован специальный механизм снижения тепловыделения внутри барьера при малых значениях сопротивлениях нагрузки.

Пользователь при конфигурировании прибора с помощью ПО SetMaker может указать значение сопротивления используемой нагрузки Rн. С учетом введенного значения приборы оптимизируют напряжение питания блока формирования выходной токовой петли. Значение напряжения автоматически подбирается таким образом, чтобы основное выделение тепла происходило на нагрузке Rн, а не внутри прибора, исключив тем самым перегрев корпуса.


Другие возможности

Наряду с перечисленным нормирующие преобразователи НПСИ-250-УВ1, НПСИ-500-УВ1 и барьеры искрозащиты KA5004Ex обладают такими возможностями, как линеаризация НСХ, компенсация термо-ЭДС «холодного» спая (с возможностью отключения), коррекция результатов измерения температуры (смещение, наклон), низкочастотная цифровая фильтрация (ФНЧ) измеренных значений с задаваемой постоянной времени.


Заключение

Итак, мы рассмотрели основные технические характеристики нормирующих преобразователей ­НПСИ-250-УВ1, ­НПСИ-500-УВ1 и барьеров искробезопасности KA5004Ex. В следующей статье мы расскажем о других новинках из группы нормирующих преобразователях и барьеров искрозащиты для работы с термодатчиками и потенциометрами, а именно о разветвителях одного входного сигнала на два токовых сигнала (4...20) мА: нормирующих преобразователях ­НПСИ-250‑УВ1.2, ­НПСИ-500‑УВ1.2 и барьерах искробезопасности KA5003Ex.

Опубликовано_в журнале ИСУП № 3(93)_2021

А. Г. Костерин, генеральный директор,
Н. В. Красницкий, менеджер 
отдела маркетинга,
НПФ «КонтрАвт», г. Нижний Новгород,
тел.: +7 (831) 260‑1308,
e‑mail: sales@contravt.ru,
сайт: contravt.ru


Бюджетные новинки от STEGO 
Новые взрывозащищенные модели от 50 до 250 Вт
Термостаты и гигростаты 24-56 VDC
IP 55 кожух для вентиляторов
www.stego.de